Home Scenic I Motormanagement
11 | 12 | 2017
Motormanagement PDF Print E-mail
Saturday, 08 January 2005 00:00

Autofabrikanten maken sinds de jaren '80 gebruik van moderne elektronische motorregelsystemen om de dosering van de brandstof en het regelen van het ontstekingsmoment te laten plaatsvinden. Het intreden van deze systemen heeft er voor gezorgd dat de toenmalig gebruikte carburateur en de contactpunten volledig verdwenen. Er werd plaats gemaakt voor een elektronisch systeem welke door middel van 'sensoren' de omstandigheden van de motor meet. Deze informatie werd verzameld in een zogeheten 'ECU' (Elektronische Controle Unit). De ECU bepaalde met deze informatie de hoeveelheid te doceren brandstof en het moment van ontsteken.

In de eerste instantie werd er gebruik gemaakt van een ECU voor het regelen van de brandstof hoeveelheid en een aparte ECU voor het regelen van het ontstekingsmoment. Al snel ontstonden er ECU's, die deze taken beide konden uitvoeren. Eén ECU voor het regelen van zowel het ontstekingsmoment alsmede de hoeveelheid brandstof. Deze systemen dragen de naam 'Motormanagement systeem'.

Ontstekingsmoment

Ieder voertuig dat vandaag de dag van de band afrolt, is uitgerust met een dergelijk systeem. Een motormanagement systeem is in staat om de brandstof hoeveelheid en het ontstekingsmoment zeer nauwkeurig te regelen, wat ten goede komt aan de hoeveelheid schadelijke uitlaatgassen die een automotor produceert. De eisen omtrent de uitlaatgassen zijn in de jaren zeer sterk aangescherpt. Dit heeft een grote ontwikkeling teweeggebracht in de technologie van de motormanagement systemen.

Het zelfdiagnose systeem

Eén van de ontwikkelingen in het motormanagement systeem is de toepassing van een zelfdiagnose systeem. Dit is een systeem, ondergebracht in de ECU van het motormanagement systeem, welke de werking van de sensoren en actuatoren 'bewaakt'. Bij het uitvallen van één of meer van de sensoren of actuatoren zal dit zelfdiagnose systeem dit detecteren en de bestuurder waarschuwen, door een lampje op het dashboard te laten branden. De bestuurder van het voertuig kreeg volgens het instructieboekje van het voertuig het advies om zo spoedig mogelijk naar de dealer te rijden om het defect in het voertuig te laten verhelpen.

'Lampje'

Het zelfdiagnose systeem heeft niet alleen de taak de bestuurder er van op de hoogte te brengen dat er een probleem in het motormanagement systeem huist, maar is in de meeste gevallen ook voorzien van een geheugen. Bij het optreden van een defect zal het zelfdiagnose systeem niet alleen het 'lampje' op het dashboard laten branden, maar slaat deze fout ook op in dit geheugen.

Uitlezen van de fouten

Het geheugen van het zelfdiagnose systeem is met een speciaal instrument, of door een handeling te verrichten uit te lezen. Voertuigen voorzien van een zelfdiagnose systeem zijn voorzien van een 'diagnosestekker'. Deze stekker is speciaal voor het aansluiten van een tester, welke in staat is om het geheugen van de ECU 'uit te lezen'. Het opgetreden defect wordt op de tester door middel van een 'code' weergegeven. Voorbeeld: er is een defect ontstaan in de motortemperatuur sensor. Het zelfdiagnose systeem heeft dit gedetecteerd en zal het diagnoselampje op het dashboard laten branden. Tevens wordt deze fout opgeslagen in het geheugen van het zelfdiagnose systeem. Sluit men een speciale tester aan op de diagnosestekker van het voertuig en leest men deze uit, dan zal men een code weergegeven krijgen.

Uitlezer

Bij Citroën zal men bijvoorbeeld code 14 weergegeven krijgen. Door deze code te refereren aan een codelijst kan men de betekenis van deze code zien. Zo zijn er diverse codes mogelijk voor het weergeven van een bepaald defect. Uiteraard is bij ieder automerk de code verschillend en heeft men voor ieder automerk weer een aparte tester nodig voor het uitlezen van deze code. Er zijn momenteel echter universele testers voor het uitlezen van deze codes. Men moet wel in het bezit zijn van software om deze codes voor ieder automerk te kunnen uitlezen.

Defectcodes

Ook de ontwikkeling op het gebied van het zelfdiagnose systeem heeft niet stilgestaan. Men is tegenwoordig is staat om niet alleen defectcodes uit te lezen, maar men kan ook de signalen van de sensoren en actuatoren onmiddellijk op het display van de tester laten verschijnen. Dit allemaal door middel van de aansluiting van de diagnosestekker.

Eigen systeem

Tegenwoordig is ieder automerk voorzien van een dergelijk zelfdiagnose systeem. Ieder automerk echter heeft zijn eigen systeem ontwikkeld. Een defectcode van een Opel heeft niet dezelfde betekenis als een defectcode van Volkswagen. Ook de tester van Volkswagen is niet te gebruiken voor het uitlezen van Opel systemen. Wetgeving Het belang van een zelfdiagnose systeem is zeer groot geworden. De steeds strenger wordende milieu eisen stellen zelf bepaalde eisen aan dit systeem, omdat een defect in een motormanagementsysteem er voor zorgt dat de schadelijke uitlaatgassen van de motor toenemen. Om deze reden is er in Amerika de wet ontstaan op de standaardisatie van het zelfdiagnose systeem. Dit systeem draagt de naam OBDII en staat voor: On Board Diagnostics Type 2.

OBDII

Het OBDI systeem, de voorloper van OBDII systeem, is echter alleen toegepast op voertuigen op de Amerikaanse markt. Het OBDII systeem is vanaf 1 januari 1998 verplicht op voertuigen die vanaf deze datum op de markt verschijnen.

Motormanagement makkelijk gemaakt

Grondbeginselen van injectie en ontsteking uitgelegd

Het 'brein' in (vrijwel) alle moderne auto's doet normaal gesproken onopvallend zijn werk: zorgdragen voor een schone en efficiënte verbranding in de motor onder een breed scala aan bedrijfsomstandigheden. Motormanagementsystemen zijn over het algemeen betrouwbaar en vragen zelden of nooit onderhoud. Maar als het dan een keer misgaat, dan zijn er - tot ergernis van de betrokken automobilist - vaak meerdere garagebezoeken nodig om het probleem te traceren en op te lossen. Als het wordt opgelost. Voor een buitenstaander lijkt het motormanagement dan ook een hopeloos ingewikkelde 'toverdoos' die alle pogingen de werking ervan te doorgronden met succes weerstaat.

Bij alle - al dan niet reële - complexiteit wordt vaak vergeten dat zelfs het meest uitgebreide motormanagementsysteem van een benzinemotor uiteindelijk twee basale functies vervult:

  • Het toedienen van de juiste hoeveelheid brandstof aan de motor
  • Het op het juiste tijdstip genereren van een vonk

    Afgezien daarvan kan een motormanagementsysteem nog een aantal nevenfuncties vervullen zoals het regelen van het stationair draaien van de motor, laaddrukregeling van een eventueel aanwezige turbo- of mechanische compressor, et cetera. motormanagement We zullen hier later op terugkomen. Een volledig motormanagementsysteem bestaat dientengevolge uit (minstens) twee subsystemen; het brandstofinjectiesysteem en het ontstekingssysteem. Het is ook mogelijk om slechts één van de twee toe te passen: elektronische brandstofinjectie in combinatie met een conventionele ontstekingsverdeler of computergestuurde regeling van het ontstekingstijdstip in combinatie met carburateurs voor het brandstofmengsel. Het eerste zien we vaak bij 'oudere' toepassingen van motormanagement, terwijl het laatste veel voorkomt bij motorfietsen en aftermarkettoepassingen (klassiekers, kit cars, autosport e.d.).

    Eisen
    Het door een verbrandingsmotor geleverde vermogen wordt bepaald door het beschikbare draaimoment en het motortoerental. Het draai- of koppelingsmoment (in het dagelijks taalgebruik veelal aangeduid met 'koppel') ontstaat uit de door de verbranding gegenereerde kracht (het verbrandingsmoment) verminderd met de wrijvingsverliezen in de motor en de kracht die nodig is nevenaggregaten als dynamo, stuurbekrachtigingspomp en dergelijke te laten draaien. Het verbrandingsmoment wordt in een Ottomotor bepaald door drie grootheden:
  • De luchtmassa die na het sluiten van de inlaatkleppen voor de verbranding ter beschikking staat
  • De hoeveelheid brandstof die op datzelfde moment beschikbaar is
  • Het tijdstip waarop de ontstekingsvonk de verbranding van het lucht-brandstofmengsel inleidt (ervan uitgaand dat de vonk krachtig genoeg is om in theorie een volledige verbranding te bewerkstellingen) De hoeveelheid lucht die door de motor wordt aangezogen is afhankelijk van de constructie ervan (inclusief in- en uitlaatsysteem); omgevingsfactoren (luchttemperatuur en -vochtigheid); de staat van onderhoud van de motor en de stand van de gasklep; die laatste kan door het motormanagement worden geregeld (throttle by-wire), terwijl de controle over de andere factoren altijd de taak van de motorsturing is. In feite kan men zeggen dat een motormanagementsysteem verantwoordelijk is voor het realiseren van het door de motor te genereren draaimoment. Om te weten hoeveel brandstof er ingespoten moet worden en wanneer de ontsteking plaats moet vinden, heeft het motormanagement gegevens nodig over het motortoerental en de vullingsgraad van de motor, en over de motortemperatuur (voor een juiste verbranding heeft een koude motor een rijker mengsel nodig). Het motortoerental kan worden afgeleid uit de ontstekingspuls aan de negatieve pool van de bobine of worden 'afgelezen' van een krukas- of nokkenaspositiesensor; de vullingsgraad van de motor wordt door het motormanagement geëxtrapoleerd aan de hand van de aangezogen luchthoeveelheid, de stand van de gasklep, de absolute druk in het inlaatspruitstuk (MAP = Manifold Absolute Pressure) of een combinatie hiervan.

    Tabellen
    Motormanagementsystemen zijn programmeerbaar, dat wil zeggen dat het ontstekingstijdstip en/of de hoeveelheid ingespoten brandstof op basis van de input van voornoemde sensoren door de in het geheugen van het systeem opgeslagen data wordt bepaald. Die data bestaan uit zogenoemde 'maps' voor ontstekingstijdstip, brandstofinjectie en eventueel (bijvoorbeeld) turbolaaddruk.

directe brandstofinjectie

De allermodernste benzinemotoren werken met directe brandstofinjectie, waarbij de injectors in de verbrandingskamer inspuiten. Het principe is overigens erg oud: de Mercedes 300 SL uit de jaren vijftig had het ook.

Deze 'maps' zijn niets anders dan tabellen, waarbij voor een bepaald motortoerental en een bepaalde waarde die de vullingsgraad van de motor aangeeft (gaspedaalstand, aangezogen luchthoeveelheid of druk in het inlaatspruitstuk) een getal staat die de openingsduur van de brandstofinjector, of het ontstekingstijdstip bepaalt. Een 'map' kan ook weergegeven worden in een driedimensionale grafiek, waarop de eerste as het motortoerental aangeeft, de tweede de luchthoeveelheid en de derde hoe lang de brandstofinjectoren open staan (oftewel: hoeveel benzine er wordt ingespoten). Deze waarden worden bepaald voor bijvoorbeeld zestien motortoerentallen en zestien verschillende belastingsgraden, waardoor een 'map' van 256 door de ontwikkelaar gedefinieerde punten ontstaat. Alle waarden voor motortoerental en belasting die niet in de 'map' staan worden in het systeem berekend door interpolatie tussen de twee dichtstbijzijnde punten. Op deze 'map' kan nog een correctiefactor worden losgelaten voor bijvoorbeeld de koelvloeistoftemperatuur (temperatuur beneden een bepaalde waarde = meer brandstof). Een dergelijke 'map' wordt ook geschreven voor de ontsteking: bij hogere toerentallen wordt het ontstekingstijdstip vervroegd, terwijl bij hoge belastingen het tijdstip later wordt ingesteld dan bij lage belastingen - bij een hoge vullingsgraad ontbrandt het mengsel immers sneller en is er dus minder vóórontsteking nodig.

Hierboven een voorbeeld van een ontstekingstabel met acht keer acht velden; de rijen 0-7.000 geven het motortoerental aan, de kolommen 0-7 staan voor de motorbelasting. De motorbelasting (de hoeveelheid lucht die door de luchthoeveelheids- of luchtmassameter stroomt, de input van de gaskleppositiesensor of de MAP-sensor) neemt toe met de hoogte van het cijfer (0=onbelast, 7=vollast). Wanneer de motor 4000 toeren draait, en de mate van belasting overeenkomt met 3 in de tabel, zal de voorontsteking 22 graden bedragen. Bij belastingindex 3 en een toerental van 4.500 zal het motormanagement het gemiddelde nemen van de waarden die bij 4.000 en 5.000 toeren per minuut horen, in dit geval 32,5 graden. Het is duidelijk dat hoe meer punten in de tabel door de programmeur gedefinieerd kunnen worden, hoe nauwkeuriger het managementsysteem aan de omstandigheden kan worden aangepast. Zo kan de motor in dit geval bij 4.500 toeren per minuut juist op het punt zijn, dat hij op zich zijn maximale koppel kan ontwikkelen en daarom om een andere waarde voor het ontstekingstijdstip 'vraagt' dan je op basis van de twee naastgelegen velden zou verwachten.

Programmering
De motormanagementsystemen die worden toegepast in productievoertuigen zijn vrijwel zonder uitzondering 'gesloten' , dat wil zeggen dat de programmering van ontsteking en brandstofinjectie 'vast' staat en in principe niet door de gebruiker kan worden veranderd. Om te voorkomen dat er door derden met het systeem wordt 'gerommeld' ontwikkelen autofabrikanten steeds geavanceerdere beveiligingssystemen, die vervolgens dan weer door 'chiptuners' worden 'gekraakt'. Tot voor enkele jaren werd deze programmering altijd opgeslagen in een eprom (de 'chip'); bij chiptuning werd deze eprom losgehaald en vervangen door eentje met nieuwe programmatuur. Tegenwoordig verloopt de programmering vaak via de OBD-aansluiting. Zo kan in het geval van motormanagementproblemen door de dealer snel nieuwe software worden gedownload.
Op de aftermarket vinden we het vrij programmeerbare systeem (Emerald, Motec, Dastek, Weber Alpha, SDS, et cetera) dat géén programmatuur bevat en door de gebruiker met behulp van een laptop op een specifieke motor kan worden ingesteld. Dit wordt op basis van parameters als de brandstof/luchtverhouding, de koelvloeistof- en inlaatluchttemperatuur, de uitlaatgastemperatuur e.d. gedaan op de rollentestbank en/of tijdens tests op de weg. Een vrij programmeerbaar systeem wordt in de autosport of bij tuning gebruikt wanneer de specificaties van een motor of de gebruiksomstandigheden teveel afwijken van de toleranties waarin door het bij de motor horende 'standaard' motormanagementsysteem in is voorzien, en dit ook niet door middel van 'chiptuning' (=aanpassing van het van fabriekswege gebruikte systeem) kan worden opgelost.

Brandstofinjectie
Een typisch elektronisch multi-point brandstofinjectiesysteem bestaat in de basis uit een brandstoftank met elektrische brandstofpomp, een brandstoffilter, brandstofleidingen voor aanvoer en een retourleiding, een brandstofdrukregelaar en een brandstofrail met injectors.

Bosch Motronic

De brandstofpomp levert een druk van ongeveer 6 bar; de druk in de brandstofrail (een klein reservoir waaraan de injectors zijn gemonteerd) wordt door de brandstofdrukregelaar op een meestal vaste waarde boven de druk die in het inlaatspruitstuk heerst (meestal 2,5-3,5 bar) wordt gehouden. Dat wil zeggen dat bijvoorbeeld een 3,0 bar brandstofdrukregelaar bij vol geopende gasklep (waarbij de druk vrijwel atmosferisch is) een druk van 3,0 + 1,0 (atmosferische druk) = 4.0 bar is. Bij een motor met drukvulling kan de druk in het inlaatsysteem hoger dan atmosferisch zijn: bij een 2.5 bar brandstofdrukregelaar en een maximale turbodruk van 0,8 bar kan de brandstofdruk oplopen tot 2,5 + 1,0 + 0,8 = 4,3 bar. Het teveel aan door de brandstofpomp aangevoerde benzine loopt via de retourleiding weer terug in de brandstoftank. Injectors zijn elektromagnetische kleppen die doorgaans voor de inlaatpoort van elke cilinder zijn geïnstalleerd (een uitzondering is bijvoorbeeld de Rover A-series in de 'oude' Mini, waar de inlaatpoorten voor cilinders 1+2 en 3+4 'siamese tweelingen' zijn en die dientengevolge voor vier cilinders slechts twee injectoren heeft) door middel van pulsbreedtemodulatie worden aangestuurd, waarbij de ingespoten hoeveelheid brandstof wordt bepaald door de openingsduur (pulse width) oftewel de duty cycle, en de capaciteit van de injectoren (aangeduid in ml per minuut). Vuistregel voor het vaststellen van de juiste brandstofcapaciteit is dat de 'duty cycle niet boven de 80-85% mag uitstijgen (oftewel de injector staat 80-85% van de tijd open) wanneer de motor zijn maximale vermogen levert (en dus ook zijn grootste 'brandstofbehoefte' heeft). De injectors kunnen op twee manieren worden aangestuurd door het motormanagement: batch fired (waarbij alle injectoren tegelijkertijd open staan en het mengsel net als bij carburateurs of het mechanische Bosch K-Jetronic injectiesysteem) continu wordt gevormd, of sequentieel waarbij de injectors één voor één worden aangestuurd en de brandstof wordt ingespoten op het optimale tijdstip vóór de verbranding. Dit kan alleen wanneer het motormanagement 'weet' waar de zuigers 'staan' door middel van een nokkenas- of krukaspositiesensor. Voor wat betreft het maximaal bereikbare motorvermogen zijn beide systemen gelijkwaardig; het sequentiële systeem is alleen licht in het voordeel voor wat betreft emissiewaarden en de motorresponse bij gaswisselingen

Single
Het multipoint injectiesysteem is tegenwoordig de standaard. Een jaar of tien geleden, toen veel merken en modellen omschakelden van (enkele) carburateurs naar elektronische brandstofinjectie, kwamen we als 'overgangsfase' heel vaak single- of monopoint injectiesystemen tegen, waar één enkele injector in de buurt van de gasklep (waar de luchtsnelheid het hoogste is) was gemonteerd, en de mengselvorming in de plenum (een 'luchtreservoir') van het inlaatspruitstuk plaatsvond.

Mono-Jetronic.jpg

Het mnopoint injectiesysteem werkt in principe gelijk aan het multipointsysteem hierboven, alleen is er slechts een injector, die boven de gasklep is geplaatst. Voor het vaststellen van de motorbelasting wordt hier een gasklepsensor gebruikt (afbeelding Bosch). Legenda: 1 = brandstoftank met pomp; 2 = brandstoffilter, 3a = gaskleppositiesensor; 3b = brandstofdrukregelaar; 3c = injector; 3d = aansluitstekker met inlaatluchttemperatuurvoeler; 5 = lambdasonder; 6 = stuureenheid.Omdat er slechts één injector is, heeft een singlepoint injectiesysteem geen brandstofrail: het principe is verder hetzelfde als bij de multipoint systemen. Een bekende vertegenwoordiger van dit genre is de Bosch Mono-Jetronic. Bij de Mono-Jetronic is de injector op het gasklephuis gemonteerd. Om te voorkomen dat er op de wanden een brandstoffilm wordt opgebouwd, is bij zulke systemen de brandstofstraal dusdanig gevormd, dat de brandstof in de spleet tussen gasklep en gasklephuis wordt gespoten, waar het door het grote drukverschil optimaal wordt gemengd.

Closed-loop
Alle personenauto's die na 1 januari 1994 op de weg zijn gekomen, hebben een 'zelflerend' motormanagementsysteem op basis van een lambdaregeling. Hiermee kunnen toleranties en veranderingen in de motor of de brandstofinspuiting worden gecorrigeerd, zodat de motor onder normale bedrijfsomstandigheden altijd het meest optimale brandstofmengsel van 14,7 delen lucht op 1 deel benzine (lambda = 1) krijgt toegediend. Het systeem werkt dan in closed loop: afwijkingen van de juiste lambdawaarde worden door de lambdasensor geconstateerd, waarna het motormanagement de brandstofinspuiting corrigeert. Onder vollast is een (veel) rijker mengsel gewenst dat zich buiten het werkingsgebied van de algemeen toegepaste lambdasensors bevindt: het systeem werkt dan in open loop modus en baseert de in te spuiten hoeveelheid brandstof dan geheel op de in het motormanagement geprogrammeerde tabellen.

Nevenfuncties
Het motormanagement stuurt in de meeste gevallen (tegenwoordig altijd) ook de stationairloop van de motor aan door middel van een extra uitgangskanaal waaraan een zogenoemde Auxiliary Idle Control of AIC-klep is gekoppeld: een stappenmotor die het stationaire toerental regelt ongeacht de toestand en belasting van de motor. Andere functies van het brandstofsysteem kunnen bijvoorbeeld mengselverrijking zijn wanneer detonatie wordt geconstateerd (door een aparte klopsensor of door een verbrandingssignaal vanaf de bougies die als sensor fungeren ten aanzien van het verbrandingsproces in de cilinder), correcties voor het (snel) openen van de gasklep waarbij tijdelijk een 'arm' mengsel ontstaat omdat lucht lichter is dan brandstof en dus sneller door de motor naar binnen wordt gezogen, en voor het plotseling sluiten van de gasklep waarbij de uitstoot van HC even enorm oploopt. De meeste motomanagementsystemen hebben ook een toerenbegrenzer geïntegreerd, waarbij oftewel alle brandstoftoevoer wordt afgesneden totdat het toerental zich weer 500 tpm onder het maximaal toegestane bevindt (hard cut) oftewel alternerend de duty cycle van telkens één injector wordt onderbroken (soft cut). Veelal worden beide modi gecombineerd, waarbij de soft cut enkele honderden toeren per minuut vóór het volledig 'afsnijden' van de brandstoftoevoer optreedt.

Computergestuurde ontsteking - met of zonder verdeler

Nadat we de werking van motormanagementsystemen in het algemeen en specifiek de brandstofinjectie hebben bekeken, is het nu de beurt aan de andere belangrijke component die nodig is om een Ottomotor te laten draaien: de ontsteking. De taak van een ontstekingssysteem valt in vier delen uiteen: het genereren van een hoogspanning uit het 12V elektrische systeem: het opwekken van de ontstekingsvonk, het bepalen van het ontstekingstijdstip op basis van het toerental en de motorbelasting en de verdeling en overdracht van de ontstekingsvonk op de juiste cilinders.
We maken onderscheid tussen twee soorten ontstekingssystemen: die waarbij de ontstekingspuls wordt getriggerd door een ontstekingsverdeler die op zijn beurt weer wordt aangedreven door de motor via een hulpas of de nokkenas en verdelerloze systemen waarbij het triggersignaal van een krukaspositiesensor komt. De term 'verdelerloos' kan misleidend zijn, omdat veel van deze systemen nog steeds een verdeelkap en rotor gebruiken om de gegenereerde vonk naar de juiste cilinder te leiden.

mini

Bij Mini zien we een typische uitvoering van een ‘wasted spark’ ontsteking, waarbij de cilinders paarsgewijs door een bobine worden aangestuurd. Beide cilinders krijgen tegelijk een vonk; slechts eentje leidt een verbranding in.
Bij een elektronisch gestuurd ontstekingssysteem dat gebruik maakt van een verdeler wordt de ontstekingspuls net als bij een conventioneel systeem getriggerd door de ontstekingsverdeler die echter géén ingebouwd vervroegingsmechanisme heeft. De trigger komt in zo'n geval een aantal graden vóór het eigenlijke ontstekingsmoment, dat wordt bepaald door het motormanagement. Een 'verdelerloos' systeem dat gebruik maakt van een krukaspositiesensor krijgt via die sensor alleen informatie over waar de motor 'staat', maar niet welke cilinder die kort voor het BDP staat aan zijn arbeidsslag begint en dus ontstoken dient te worden. Er zijn grofweg drie manieren te onderscheiden om ervoor te zorgen dat de vonk naar de juiste cilinder wordt geleid. De eerste is het gebruik van een 'ouderwetse' verdeelkap en rotor, welke laatste doorgaans direct aan het einde van een nokkenas is bevestigd. Een andere methode bestaat uit het paarsgewijs aansluiten van twee bobines bij een viercilindermotor: de één werkt op cilinders 1 en 4, de ander op cilinders 2 en 3. Wanneer één van de bobines een ontstekingsvonk opwekt wordt deze naar de bougies van beide cilinders geleid. De één begint net aan zijn arbeidsslag en wordt ontstoken, de andere begint aan de uitlaatslag en er gebeurt verder niets met de vonk. Dit systeem wordt dan ook wasted sparkgenoemd, omdat telkens één van de twee vonken 'verloren' gaat. De derde optie is het gebruik van een extra positiesensor aan (één van) de nokkenas(sen), zodat het systeem 'weet' welke cilinder aan zijn arbeidsslag begint en alleen deze een vonk krijgt. Een dergelijk systeem heeft één bobine voor elke cilinder.

Ionisatie
Een andere variant werd in 1985 door Saab gepresenteerd in de vorm van het eigen Direct Ignition systeem, dat net als het wasted spark-systeem gebruik maakt van een krukaspositiesensor, en ook werkt als een wasted spark-systeem wanneer de motor voor het eerst wordt gestart. Om te bepalen in welke cilinder verbranding plaatsvindt wordt de bougie gebruikt als 'verbrandingssensor' door deze continu te voorzien van een 'referentiespanning' van 70 volt. Normaliter leidt deze spanning niet tot het overbruggen van de afstand tussen de elektroden van de bougie. Maar wanneer er in één van de cilinders in een paar een verbranding plaatsvindt, vindt door de druk en turbulentie in de verbrandingskamer ionisatie van de zich daarin bevindende gassen plaats. Deze ionisatie zorgt voor een elektrische geleiding waardoor de referentiespanning tussen de elektroden van de bougie 'overspringt' waardoor het elektronische circuit van het systeem het signaal krijgt dat er verbranding heeft plaatsgevonden. De andere cilinder is bezig aan zijn uitlaatslag en geeft dus niet zo'n signaal aan de stuurmodule. Het DI-systeem stopt met het ontsteken van beide cilinders wanneer er vijfentwintig succesvolle verbrandingen zijn gedetecteerd. Hiermee wordt overmatige slijtage aan de bougies voorkomen. Het systeem beschikt tevens over een geheugen dat onthoudt in welke cilinder het laatst verbranding heeft plaatsgevonden, zodat bij het opnieuw starten direct de juiste cilinder wordt ontstoken.

Aanpassingen
Normaliter zal het motormanagement het juiste ontstekingstijdstip bepalen aan de hand van een geprogrammeerde 'map' op basis van het motortoerental en de belasting (zie de tabel bovenin). Er zijn echter omstandigheden waarin het nodig kan zijn het ontstekingstijdstip aan te passen ten opzichte van de in deze tabel vastgelegde waarden. Deze omstandigheden zijn voor het overgrote deel te vatten in vier parameters: koelvloeistoftemperatuur, inlaatluchttemperatuur, detonatie en het starten van de motor. Wanneer de motortemperatuurlaag is, doet het mengsel er langer over te ontbranden dan bij een motor op bedrijfstemperatuur. Daarom zal er altijd een kleine map van correctiefactoren, gebaseerd op de waarden van een koelvloeistoftemperatuursensor die ergens op de motor (veelal in de cilinderkop) is gemonteerd, worden toegevoegd aan de waarden in de op toerental en belasting gebaseerde 'basis'tabel. Datzelfde geldt ook voor de luchttemperatuur, die zo dicht mogelijk bij de luchtinlaat wordt gemeten. Warme lucht heeft immers een lagere dichtheid dan koude, en ook dat beïnvloedt de verbrandingssnelheid van het mengsel.

piezoenbougie.jpg

Het elektronisch regelen van het ontstekingstijdstip door het motormanagement biedt de mogelijkheid van een zeer nauwkeurige regeling op basis van motortoerental, - belasting en koelvloeistof/luchttemperatuur. Toch zijn daarmee niet alle parameters afgedekt en is daarom een flinke veiligheidsmarge ten opzichte van de klopgrens noodzakelijk vanwege variaties in de brandstofkwaliteit, motortoleranties en staat van onderhoud, en de omgevingsomstandigheden die er voor kunnen zorgen dat er in één of meerdere cilinders detonatie optreedt. Dit betekent dat de motor wordt ontworpen met een lagere compressieverhouding en/ of het ontstekingstijdstip over de gehele linie later wordt geprogrammeerd dan idealiter het geval zou zijn, hetgeen resulteert in lagere motorprestaties en een hoger brandstofverbruik. Met een klopregeling kan dit worden ondervangen: de compressie kan worden verhoogd (statisch of door middel van een verhoogde laaddruk in het geval van drukvulling) en bij de bepaling van het ontstekingstijdstip hoeft geen rekening meer te worden gehouden met detonatiegevoelige situaties. Voorwaarde voor een dergelijke klopregeling is een betrouwbare herkenning van detonatie over het gehele werkingsgebied van de motor, met name de - in tegenstelling tot het duidelijk hoorbare 'pingelen' dat in het gebied rond de 3.000 toeren per minuut kan optreden - voor het menselijk oor onherkenbare, en voor de motor zeer schadelijke high speed knock.



Klop, klop…
Hiertoe worden doorgaans klopsensoren (pingelsensoren) gebruikt, die aan het motorblok zijn vastgeschroefd en de motortrillingen in elektrische signalen omzetten. Het gaat hier om piëzo-opneemelementen vergelijkbaar met de keramische 'pick-up' elementen die vroeger in goedkopere platenspelers werden gebruikt. Het piëzokeramiek zit doorgaans om een metalen bus die aan het motorblok wordt vastgezet met een bout, en is in hars ingegoten. Voor een viercilindermotor is doorgaans één klopsensor voldoende; bij lijnmotoren met vijf of zes cilinders worden meestal twee sensoren toegepast, en bij motoren in V-vorm of boxermotoren minstens één per cilinderbank. Op het elektrische signaal wordt in het motormanagement een voor deze specifieke motor geschreven algoritme losgelaten dat de karakteristieke trillingen van pre-detonatie herkent. Herkende 'kloppende' verbrandingen leiden ertoe, dat het ontstekingstijdstip wordt verlaat. Het mooiste is, wanneer de klopregeling per cilinder plaatsvindt en dus ook per cilinder het ontstekingstijdstip kan worden versteld. Dit kan worden bewerkstelligd door het algoritme dusdanig te verfijnen dat de cilinder waarin detonatie optreedt kan worden herkend, of door elke cilinder een eigen klopsensor te geven. In dat laatste geval zit de klopsensor niet meer op het blok geschroefd, maar wordt de bougie als zodanig gebruikt door middel van het hierboven bij het Saab DI-systeem omschreven ionisatieprincipe.

saab-di.jpg
Het Saab Direct Ignition System heeft voor iedere cilinder een bobine die werkt volgens het capacitieve principe, waarmee een zeer sterke vonk wordt opgewekt. De bougie werkt tevens als verbrandingssensor.
Latere versies van het Saab DI-systeem (vanaf 1991) en het latere Trionic-systeem (vanaf 1993) waarin de brandstofinspuiting, het DI-systeem en de turbolaaddrukregeling APC (ook gebaseerd op het herkennen van detonatie) zijn geïntegreerd, kunnen door middel van dat principe niet alleen herkennen of er verbranding in een cilinder plaatsvindt, maar ook de hoedanigheid van die verbranding 'meten'. Ook de nieuwe V10-motor (S85) die BMW voor het laatste type M5 heeft ontwikkeld, kent een dergelijk 'ionisatie-detectiecircuit' waarbij via de bougies van iedere cilinder een 'mislukte' verbrandingscyclus ('overslaan'), detonatie of zelfs een dreigend gevaar van detonatie wordt herkend en aan het motormanagement doorgegeven.

Terugslag
Wanneer een automotor op de startmotor draait, bedraagt het toerental meestal niet meer dan zo'n 200 toeren per minuut. Benzinemotoren waarbij het ontstekingstijdstip wordt bepaald door het motormanagement op basis van toerental en de belastingsgraad, kennen bij stationair draaien vaak een ontstekingstijdstip van rond de 25 graden vóór BDP. Bij het starten is er dientengevolge een behoorlijke kans dat de zuiger tegen het ontstoken mengsel 'aanloopt' terwijl hij nog aan de compressieslag bezig is. Dit resulteert in het 'terugslaan' van de zuiger tegen de draairichting van de motor in (heel vroeger, toen automotoren nog moesten worden 'aangeslingerd' en de regeling van het ontstekingstijdstip verre van betrouwbaar was, berucht en soms goed voor een uit de kom geslagen arm of erger…) waardoor de startmotor langzamer gaat draaien en het starten moeizaam verloopt. Dit probleem komt veel voor bij hoog opgevoerde motoren met 'scherpe' nokkenassen die veel voorontsteking nodig hebben om goed stationair te kunnen draaien. Motormanagementsystemen lossen dit probleem op door het ontstekingstijdstip op een vaste waarde tussen circa 5-10 graden vóór BDP te zetten zolang de motor op de startmotor draait (meestal gedefinieerd door een motortoerental dat hoger ligt dan wat de startmotor onder optimale omstandigheden opbrengt, maar belangrijk lager dan een 'normaal' stationair draaiende motor). Deze hoeveelheid voorontsteking is klein genoeg om het terugslaan te verhinderen, en tegelijkertijd groot genoeg om de motor onder alle omstandigheden te laten aanslaan.

Integratie en externe communicatie
Zoals in het eerste deel is gesteld, bestaat een motormanagementsysteem in de basis uit een brandstofinjectiesysteem en een elektronisch ontstekingssysteem. De combinatie van beide in een geïntegreerd systeem maakt gemeenschappelijk gebruik van sensoren en informatie mogelijk. Dat geldt niet alleen voor basale zaken als het motortoerental, de krukaspositie en de motorbelasting, maar ook bijvoorbeeld voor een klopregeling waarbij een door de klopsensor geconstateerde detonatie in één of meerdere cilinders kan worden opgeheven volgens een vaste strategie - bijvoorbeeld eerst extra brandstof inspuiten, als dat niet het gewenste resultaat heeft het ontstekingstijdstip verlaten (alhoewel dit meestal tegelijkertijd gebeurt) en pas als laatste 'redmiddel' de laaddruk van een eventuele turbo of compressor verlagen. Als aanvullende functies die niet direct op het vlak van het brandstof- of ontstekingssysteem liggen, worden bijvoorbeeld een nokkenasverstelling of nokkenasomschakeling waarmee variabele kleptiming mogelijk is, het regelen van uitlaatgasrecirculatie teneinde de uitstoot van NOx te verminderen, een elektronisch gaspedaal (drive by wire) dat niet alleen de mechanische verbinding tussen gaspedaal en smoorklep vervangt, maar ook rekening houdt met de actuele bedrijfssituatie van de motor zodat een bepaalde verandering in de gasklepstand altijd dezelfde motorrespons tot gevolg heeft en cruise control tegenwoordig vrij gebruikelijk.

Maar er zijn ook heel specialistische toepassingen te integreren in het motormanagement, zoals waterinjectie, waarbij de verbrandingskamers met in een zeer fijne nevel geatomiseerd water worden gekoeld teneinde detonatie van drukgevulde motoren onder zware bedrijfsomstandigheden te voorkomen (met als bijkomend voordeel dat de emissie van schadelijke stoffen vermindert), intercooler spray waarbij de tussenkoeler met water wordt bespoten wanneer de inlaatluchttemperatuur een zekere waarde dreigt te overschrijden en anti-lag bij turbomotoren, waarbij de ontstekingsvonk dusdanig wordt verlaat wanneer de bestuurder het gaspedaal loslaat, dat er een ontbranding plaatsvindt in het uitlaatspruitstuk zodat de turbo 'in beweging blijft' en de bestuurder bij aansluitend gasgeven weer direct kan beschikken over het volledige motorkoppel. Wat we bij 'normale' auto's ongetwijfeld steeds vaker zullen zien is een actieve aansturing van het koelsysteem, waarbij de koelvloeistoftemperatuur niet meer statisch wordt bepaald door een mechanische thermostaat, maar net zoals de brandstofinjectie en het ontstekingstijdstip op basis van een 'map' of tabel afhankelijk van diverse parameters wordt geregeld.

Het motormanagement wisselt op zijn beurt ook weer gegevens uit met andere voertuigsystemen, beïnvloedt deze of wordt erdoor beïnvloed. Zo staat een automatische transmissie of een 'gerobotiseerde' manuele versnellingsbak à la Selespeed, Tiptronic of DSG tegenwoordig altijd in verbinding met de motorsturing, waarbij de versnellingsbak bij schakelmomenten wordt ontlast door het motorkoppel tijdelijk terug te nemen, en registreert een tractie- of stabiliteitscontrolesysteem dat de wielen doordraaien of de auto een andere kant op te gaan dan de bestuurder wil, dan zal als onderdeel van de preventieve maatregelen via het motormanagement worden ingegrepen om het afgegeven motorkoppel te verminderen. Ook foutmeldingen worden over en weer uitgewisseld. Eén en ander verloopt tegenwoordig steeds vaker via een CAN-bus waarmee de motormanagementcomputer deel uitmaakt van een netwerk.

Bron: www.autoweek.nl

voor opmerkingen Stuur email

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000
1 10 20 18 30 35 38 40
2 10 15 18 27 32 35 38
3 10 12 18 22 26 32 36
4 10 12 17 22 26 32 34
5 10 12 16 21 25 32 32
6 10 12 16 21 25 30 31
7 10 12 16 21 25 30 31
Het multipoint injectiesysteem (Bosch Motronic). Een luchtmassameter zorgt hier vor het signaal dat de belastingsgraad representeert (afbeelding Bosch).


Voeg deze pagina toe aan uw favoriete Social Bookmarking websites
Reddit! Del.icio.us! Mixx! Free and Open Source Software News Google! Live! Facebook! StumbleUpon! nujij msnrep ekudos TwitThis Joomla Free PHP
Last Updated on Thursday, 21 August 2008 22:09